网联车自动驾驶系统研究及停车场场景下的应用

摘要

当代城市交通存在“交通拥堵、停车难、交通事故多、空气污染大、能耗高”五大问题。这些严重影响了城市交通系统的正常运行。为了解决上述问题，各大研究机构和企业均投入以车辆为主体的自主式自动驾驶研究。随着人工智能和物联网技术的进一步发展，汽车及交通出行产业正在发生根本性的变化，而自动驾驶技术正逐渐向网联式方向发展。本文基于城市道路交通“有序、安全、高效、环保、方便、经济”的理念和价值取向，以信息平台技术、定位循迹技术、云车控技术为主线，研究了网联式自动驾驶系统设计与实现。本文所述系统的主要思想是由以车辆为主体转向以交通网络为主体，并且交通网络提供相关所需服务。其中主要体现在两个方面:车辆控制权的转移和交通安全保障责任的转移。通过简化、聚焦、精准化的逻辑思路，分析需求，设定目标，本文完成了一种基于云服务的网联车自动驾驶系统，并以室内无人停车场为示范应用场景，阐述该系统的架构设计、初步实现和应用。其中主要包括智能交通信息服务平台、车辆云控系统、应用服务系统。
　　本研究主要内容包括：⑴概述了现代城市道路交通信息化和智能交通的发展背景，在城市信息化发展、智能交通系统、现代智慧城市计算等几个方面分析的基础上，基于互联网、信息化、智能化、系统化的基本概念和思维模式，阐述了自动驾驶系统架构的设计思路和设计原则，提出了简化、分层次、开放可扩展的系统架构⑵阐述了智能交通信息平台的目的与意义，对相关平台进行了调研与比较，然后确认了智能交通信息平台的系统核心需求是要实现应用门户，以可替换的形式实现应用与模块的扩展性，最重要的是通过平台实现各个应用之间的数据共享与服务共享，实现交通安全追责和数据协同。在明确智能交通信息平台基本需求的前提之下，定义了平台相关的标准数据格式及通信协议，详细阐述了平台的具体功能定义和核心模块的设计与实现。⑶对其功能性需求和非功能性需求进行了详细分析，并按照模块化、可替换、可扩展的原则进行系统架构设计，详细阐述了车辆云控系统各个模块的设计和实现。⑷对其功能需求作分析，以满足无人停车场应用的功能性需求为目，进行停车场应用的功能定义，进而确定停车场应用业务逻辑并设计停车场应用的整体架构，完成了停车场应用核心模块的详细设计和实现。本文还介绍了基于激光雷达的定位模块的基本原理和实现方法，设计和实现了系统定位功能，激光定位模块置于车辆上，根据对应接口接入到系统当中，为系统提供车辆实时精准定位数据。⑸设计、制作完成了一个停车场比例缩小模型沙盘。利用该沙盘模型、智能交通信息服务平台、车辆云控系统和停车场服务应用系统，实现了各系统协同工作运营，完全了一系列实验。实验结果表明，该系统可以保证循迹驾驶的精准，而适用于网联式自动驾驶车辆的停车场拓扑结构可以提高停车场空间利用率。

目录

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摘要

图目录

表目录

1．1 课题背景

1．2 研究目的及意义

1．3 论文研究前提和假设

1．4 论文主要工作内容

1．5 论文创新点

1．6 论文组织结构

1．7 本章小结

第2章 技术路线调研及综述

2．1 城市交通信息化发展趋势

2．1．1 城市交通信息化发展背景

2．1．2 智能交通信息信息化发展

2．1．3 以大数据为重点的城市计算

2．1．4 城市交通可持续生态平台调研与总结

2．2 自动驾驶技术介绍

2．2．1 车载式自动驾驶技术

2．2．2 网联式自动驾驶技术

2．3 本章小结

第3章 网联式自动驾驶系统总体框架设计

3．1 网联车自动驾驶系统设计原则

3．2 网联车自动驾驶系统总体架构设计

3．3 本章小结

第4章 智能交通信息服务平台

4．1 智能交通信息服务平台设计目的

4．2 交通信息服务平台系统核心需求点

4．2．1 应用门户需求概要设计

4．2．2 多核可替换的模块化系统需求概要设计

4．2．3 资源与数据共享开放需求概要设计

4．2．4 追责需求概要设计

4．3 城市交通信息服务平台功能定义

4．4 信息服务平台架构

4．5 信息服务平台核心模块详细设计与实现

4．5．1 客户端相关界面设计与实现

4．5．2 数据共享模块具体实现

4．6 数据库设计

4．7 本章小结

第5章 车辆云控系统

5．1 车辆云控系统需求分析

5．1．1 功能性需求

5．1．2 非功能性需求

5．2 车辆云控系统功能定义

5．2．1 控制车辆循迹行驶

5．2．2 扩展外部应用服务

5．2．3 车辆的监控和管理

5．3 车辆云控系统架构设计

5．4．1 Database模块

5．4．2 I／O模块

5．4．3 Web模块

5．4．4 AutoDrive模块

5．5 网联车终端设计

5．5．1 网联车终端需求分析

5．5．2 网联车终端功能定义

5．5．3 网联车终端架构设计示例

5．6 本章小结

第6章 停车场应用服务

6．1 停车场应用需求分析

6．1．1 功能性需求

6．1．2 非功能性需求

6．2 停车场应用功能定义

6．3 停车场应用的架构设计

6．4 停车场应用核心模块详细设计与实现

6．4．1 web模块详细设计

6．4．2 Core模块

6．4．3 Database模块

6．4．4 Environment模块

6．5 本章小结

第7章 基于激光雷达的定位算法

7．1 背景工作

7．2 室内精准地图构建和定位方法

7．2．1 静态地图构建

7．2．2 实时定位

7．3 结论

第8章 实验结果及分析

8．1 实验智能小车设计和实现

8．2 传统停车场拓扑地图实验

8．2．1 实验设计

8．2．2 实验结果和分析

8．3 新型停车场拓扑地图实验

8．3．1 实验设计

8．3．2 实验结果和分析

8．4 本章小结

第9章 总结与展望

9．1 工作总结

9．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢